Заготовки и процесс обработки оптических деталей (стр. 2 из 3)

Таблица 1.7

Припуски на центрировку

Диаметр линз	Свыше 1,5 до 2,5	Свыше 2,5 до 4	Свыше 4 до 6	Свыше 6 до 10	Свыше 10 до 15	Свыше 15 до 25	Свыше 25 до 40	Свыше 40 до 65	Свыше 65 до 100	Свыше 100
Величина припуска на диаметр	0,4	0,6	0,8	1	1,2	1,5	2	2	2,5	3

2. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Шлифование свободным абразивом

Стекла и другие хрупкие оптические материалы шлифуют свободным абразивом, используя жесткий металлический инструмент 1 (рис. 2.1), который давит на заготовку 4 с силой Р и перемещается с относительной скоростью v. Между заготовкой и инструментом располагаются зерна 2 абразивного порошка, смешанные с жидкостью 3. При перемещении инструмента по заготовке они взаимно изнашиваются под действием абразивных зерен и притираются друг к другу.

Природа обработки стекла водными суспензиями зерен абразивных порошков имеет двоякий характер. С физической стороны—это процесс механического разрушения стекла абразивными зернами.

Рис. 2.1.Шлифование свободным абразивом

С химической стороны — это взаимодействие воды с растворимыми компонентами стекла.

Основой механического разрушения стекла является возникновение внутри поверхностного слоя хрупкого тела трещин, пересекающихся между собой и создающих ослабление связей между соседними частицами материала. Абразивные зерна вместе с водой находятся между рабочей поверхностью металлического инструмента и обрабатываемой поверхностью стекла. Эти поверхности имеют неровности, размеры которых соизмеримы с размерами абразивных зерен. При относительном движении стекла но инструменту абразивные зерна перекатываются или проскальзывают с некоторой скоростью.

Наиболее крупные из зерен взаимодействуют со стеклом и инструментом. Более мелкие зерна переносятся водой до тех пор, пока крупные не раздробятся, после чего и мелкие зерна вовлекаются во взаимодействие со стеклом и инструментом.

Под действием ударов зерна раскалываются на более мелкие зерна взаимодействуют не только со стеклом и инструментом, но и между собой, перетираясь и еще более измельчаясь. Измельченные зерна, смешанные с осколками стекла, уносятся из-под шлифовальника вместе с водой.

На обрабатываемой поверхности создается разрушенный слой, верхняя часть которого (рельефный слой) состоит из впадин и конических выступов и трещиноватого слоя. Разрушение происходит после многократного воздействия абразивных зерен на одно и то же место стекла. Образующиеся трещины пересекаются и между ними образуется объем, отошедший от остальной соседней массы стекла. Этот объем под действием абразивных зерен и воды удаляется с поверхности стекла. Высота поверхностных неровностей составляет примерно ¹/₄—¹/₃ размера зерен. Под рельефным слоем образуется трещиноватый слой глубиной в 2—4 раза больше первого. По мере уменьшения абразивных зерен величина поверхностных неровностей уменьшается.

Равномерность структуры шлифованной поверхности нарушается дефектами — царапинами, точками и выколками. Они образуются в том случае, когда зерно надолго закрепляется в шлифовальнике или имеются зерна размером в несколько раз больше, чем зерна основной фракции. В последнем случае крупные зерна не раскалываются и оставляют на стекле крупные царапины и выколки.

Химическое взаимодействие воды с растворимыми компонентами стекла проявляется в том, что вода активно вступает в реакцию с поверхностным слоем стекла, образуя внутри трещин коллоидную пленку кремневой кислоты, которая занимает объем больший, чем стекло. Таким образом, вода расширяет и углубляет трещины, ускоряя и облегчая удаление осколков стекла при абразивной обработке.

Шлифование закрепленным абразивом

На заготовительных операциях, а в последнее время и па операциях среднего и мелкого шлифования, используют инструменты с закрепленным абразивом. Особенно широко этот способ обработки, стал применяться в оптической промышленности после появления синтетических алмазных порошков. Это позволило наладить выпуск алмазных инструментов, в которых алмазные зерна 2 (рис. 2.2.) определенной крупности жестко закреплены в теле инструмента металлической связкой из сплавов меди и железа.

Шлифование таким инструментом 1 (рис. 2.2) производится на станке при перемещении его по заготовке 5 со скоростью v и давлением Р. Между инструментом и заготовкой находятся вырванные из связки абразивные или алмазные зерна 3 и слой смазочно-охлаждающей жидкости 4. Кроме силового воздействия инструмента на заготовку он подается на глубину снимаемого припуска с помощью механизма поперечной подачи станка.

Процесс обработки закрепленным абразивом отличаются от способа обработки свободным абразивом. Быстро движущиеся и жестко закрепленные в инструменте абразивные зерна при врезании в обрабатываемую поверхность образуют трещины, опережающие перемещение зерен. В результате па поверхности возникают выколки, которые обусловливают съем материала заготовки.

Закрепленные зерна с течением времени затупляются, усилие резания увеличивается, и они выкрашиваются из связки, но не раскалываются. Вместо них вступают в работу новые зерна того же размера, и процесс шлифования идет с равномерной интенсивностью.

Рис. 2.2. Шлифование закрепленным абразивом

Обработка таким способом сопровождается значительным нагревом контактирующих поверхностей и образованием большого количества отходов. Для уменьшения температуры и трения между инструментом и заготовкой, а также для удаления отходов в процессе шлифования применяют обильную подачу смазочно-охлаждающей жидкости.

Удельный объем удаляемого припуска пропорционален крупности, твердости, прочности абразивных зерен и связки. Стекло обрабатывается закрепленными абразивными зернами приблизительно в 20 раз быстрее, чем свободными. Большая скорость шлифования стекла закрепленным абразивом по сравнению с обработкой свободным абразивом объясняется различными причинами.

Закрепленный абразив вызывает не разрозненные точечные выколки, а сплошные царапины. Закрепленные абразивные зерна работают как резцы. Закрепленные зерна разрушаются только при воздействии на стекло, а свободные измельчаются и от взаимного перетирания. Неоднородность размеров зерен при данном способе не проявляется, поскольку они работают только выступающими из связки острыми гранями. Рабочее давление инструмента сосредотачивается на небольшом участке поверхности зерен, выступающих из связки, и достигает значительных величин. Скорость резания закрепленным абразивом составляет от 10 до 50 м/с, а свободным абразивом 3—7 м/с.

Полирование

Процесс полирования оптических деталей связан с достижением величины микронеровностей значительно меньшей длины волны света, т.е. менее 0,05 мкм. В этом случае поверхность становится прозрачной для оптического излучения. Кроме того, погрешности формы и размеров этой поверхности также составляют доли микрометра.

В процессе полирования (рис. 2.3) упругопластичный слой 2 (обычно смола, сукно или фетр) полировальника 1, пластически деформируясь, выглаживается по шлифованной поверхности заготовки 5. Зерна 3 полирующего порошка находятся между полиро-вальником и заготовкой, поверхностные неровности которых значительно больше зерен полирующего порошка. Размеры зерен порошка обычно лежат в пределах от 0,5 до 2 мкм.

Вода 4, в которой взвешены зерна, в первые моменты подачи оказывает противодавление нажиму, но затем растекается и зерна закрепляются в наружном слое смолы. Часть зерен, еще не закрепившихся в смоле, перекатывается или, закрепившись на мгновение, продолжает движение.

Зерна срезают вершины рельефного шлифованного слоя, которые становятся гладкими, полированными. В дальнейшем размеры полированных площадок увеличиваются, высота неровностей уменьшается до сотых долей микрометра.

Рис. 2.3. Полирование

В начале процесса полирования работа закрепленных зерен эффективнее, так как площадь впадин еще велика и перекатывающимся зернам негде закрепляться. Толщина сдираемых пленок уменьшается при расширении площади полированных участков и к концу процесса обработки приблизительно равна высоте остающихся поверхностных неровностей. Под действием воды коллоидная пленка образуется и сдирается вновь все более тонкими слоями.

Пластические свойства смолы, удерживающей зерна, к коллоидной пленки способствуют тому, что работа зерен полирующего порошка не сопровождается появлением царапин. Благодаря пластическим свойствам коллоидной пленки борозды, образующиеся от снятия материала, затягиваются и заполняются продуктами разрушения стекла.

Припуски операционные

Понятие о припуске. Технологический процесс механической обработки оптических деталей состоит из нескольких операций, которые выполняют на одном определенном рабочем месте. Таких операций обычно не менее трех: заготовительные, шлифование и полирование.

Готовые детали получают из заготовок, последовательно удаляя с их поверхностей материал. Причем на каждом переходе с заготовки удаляют определенный слой материала, вследствие чего ее размеры и масса уменьшаются, а обрабатываемые поверхности постепенно приобретают форму и размеры готовой детали. Для суждения о разности размеров заготовки и детали введено понятие о припусках.